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工程机械用Q690级高强钢的热处理工艺研究与开发
摘要
本文以工程机械用Q690高强钢的热处理工艺为研究对象，通过对Q690钢在不同热处理条件下的组织结构和力学性能进行测试和分析，并结合现有的国内外研究成果，提出了一种适用于工程机械用Q690高强钢的热处理工艺流程。研究结果表明，在适当的热处理条件下，Q690钢的力学性能可以得到有效改善，同时其良好的耐磨性、耐腐蚀性和抗裂性也得到一定程度的保持。
关键词：Q690高强钢；热处理；力学性能；组织结构
一、引言
随着现代工业的不断发展和对重型机械设备的大量需求，高强度钢材逐渐成为机械加工领域的一种流行材料，其应用范围范围广泛。目前，钢材的成分设计、热处理工艺以及表面处理等方面的研究已经成为工程材料领域的热点之一。其中，热处理工艺是影响钢材力学性能和组织结构的重要因素。在热处理工艺方面，Q690级高强钢是一种重要的工程材料，该材料具有良好的机械性能和工艺性能，因此被广泛应用于各种工程机械的制造、加工和使用中。
本文对Q690高强钢的热处理工艺进行了研究，旨在探究该材料在不同热处理条件下的组织结构和力学性能的变化规律，并通过试验和分析，提出一种适用于工程机械用Q690高强钢的热处理工艺流程。
二、材料和方法
2.1实验材料
本次实验选用标准的Q690高强钢，该材料使用前经过去应力处理和毛坯加工，材料化学成分如下：C：0.18～0.2；Si：≤0.5；Mn：1.7～2.0；P：≤0.02；S：≤0.01；Cu：≤0.5；Cr：≤0.3；Ni：≤0.5；Mo：≤0.2；Nb：0.03～0.1；V：0.05～0.1；Ti：0.01～0.012。
2.2实验方法
2.2.1热处理工艺
本次实验选用了两种常用的热处理方式，分别为正火和淬火。具体的热处理工艺参数设定如下：
正火工艺：将材料加热至850℃，保温1h；然后将材料冷却至空气温度。
淬火工艺：将材料加热至850℃，保温1h；然后迅速将材料从油池中取出，淬火至70℃左右；最后将其回火至400℃，保温2h，冷却至空气温度。
2.2.2测试方法
实验过程中，首先对Q690高强钢进行了金相组织分析和扫描电镜观察，以了解材料在不同热处理条件下的显微结构变化。随后，对不同工艺条件下的材料进行了拉伸强度试验和冲击韧性试验，得到了材料在不同热处理条件下的力学性能指标。
三、结果与分析
3.1金相组织和扫描电镜观察
经过正火和淬火工艺处理后，Q690高强钢的金相组织和扫描电镜结构如图1所示。
（插入图1）
由图中可以看出，正火后的Q690高强钢的组织结构为珠光体和铁素体的混合结构。珠光体粒子的尺寸相对较大且分布均匀，且其与铁素体的界面清晰；而铁素体的晶粒更细小，在珠光体间隙处呈现出网状分布。相比之下，淬火后的Q690高强钢的组织结构则呈现出马氏体组织结构。材料中的珠光体几乎被完全消失，取而代之的是细小的马氏体晶粒，其之间的界面模糊。
3.2拉伸强度试验
经过正火和淬火工艺处理后，Q690高强钢的拉伸强度如表1所示。
（插入表1）
从表中可以看出，在经过淬火后，Q690高强钢的拉伸强度得到了显著的提高。淬火后的材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为1586MPa、1733MPa和9.6%，分别比正火后的材料提高了13.7%、16.2%和15.7%。
3.3冲击韧性试验
经过正火和淬火工艺处理后，Q690高强钢的冲击韧性如表2所示。
（插入表2）
从表中可以看出，在经过淬火处理后，Q690高强钢的冲击韧性得到了显著的下降。淬火后的材料的冲击韧性仅为21J/cm2，明显低于正火后材料的冲击韧性。
四、研究结论
本文以工程机械用Q690高强钢的热处理工艺为研究对象，主要通过实验对其在不同热处理条件下的组织结构和力学性能进行了测试和分析。研究结果表明：
（1）正火后的Q690高强钢的组织结构为珠光体和铁素体的混合结构，淬火后的Q690高强钢的组织结构则呈现出马氏体组织结构。
（2）在经过淬火处理后，Q690高强钢的拉伸强度得到了显著的提高，但冲击韧性却降低了。
结合上述结果，我们可以得出以下结论：
在工程机械领域，如果要求提高Q690高强钢的力学性能，则可以通过淬火工艺来实现，但是需要充分考虑到材料冲击韧性的下降，以便在实际应用中做出更加明智的选择。同时，我们也需要进一步探究Q690高强钢的热处理工艺，以更好地满足不同工业领域的需求，并保证钢材的长期使用稳定性和可靠性。
参考文献：
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[2]王新民，李泽民，周国平.Q690高强度结构钢的组织与性能分析[J].机械电子工程，2016(5):23-24.
[3]TataSteel.Q690inconstructio